day_14_信号量集、网络、socket模型

一、使用信号量集实现进程间的通信

1.1 基本概念

（1）什么是信号量？？？

  信号量本质上就是一个计数器，用于控制同时访问同一种共享资源的进程 / 线程个数；

  如：

 图书馆  Unix环境高级编程  5本  信号量 = 5

（2）信号量的工作方式

  a. 首先初始化信号量为最大值；
  b. 当有进程申请到共享资源时，信号量的数值减1；
  c. 当信号量的数值为0时，申请共享资源的进程进入阻塞状态；
  d. 当有进程释放共享资源时，信号量的数值加1；
  e. 只要信号量的数值>0，则阻塞的进程可以继续抢占共享资源，抢占不到的进程继续阻塞；

（3）什么是信号量集？？？

  信号量集本质上就是由若干个信号量组成的集合，用于控制多种共享资源分别被同时访问的进程 / 线程个数；

扩展：

信号量集：semaphore set

1.2 通信模型

 （1）获取key值，使用ftok()；
 （2）创建 / 获取信号量集，使用semget()；
 （3）初始化 / 操作信号量集，使用semctl() / semop()；
 （4）如果不再使用，则删除信号量集，使用semctl()；

1.3 相关函数的解析

（1）semget()

#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/sem.h>int semget(key_t key, int nsems, int semflg);

功能：
  主要用于创建 / 获取信号量集；

参数：
  第一个参数：key值，ftok()的返回值；
  第二个参数：信号量集的大小，也就是信号量的个数；
    0 - - - - - - - - - - - - – 获取已经存在的操作标志
  第三个参数：具体的操作标志
    IPC_CREAT - - - - - 若存在则打开，若不存在则创建
    IPC_EXCL - - - - - - 与IPC_CREAT搭配使用，若存在则创建失败
    0 - - - - - - - - - - - - - -获取已经存在的信号量集

返回值：
  success —- 信号量集的ID，error —- -1；

注意：
  当创建新的信号量集时，需要在第三个参数中通过按位或的方式指定权限信息，如：0664；

（2）semctl()

#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/sem.h>int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);

功能：
  主要用于控制参数指定的信号量集；

参数：
  第一个参数：信号量集的ID，semget()的返回值；
  第二个参数：信号量集的下标，从0开始；
  第三个参数：具体的操作命令；
    IPC_RMID - - - - - - 删除信号量集，忽略第二个参数，不需要第四个参数
    SETVAL - - - - - - - -使用第四个实参给下标为semnum的信号量初始化
    SETALL - - - - - - - -
  第四个参数：可变长参数，是否需要取决于cmd；

（3）semop()

#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/sem.h>int semop(int semid, struct sembuf *sops, size_t nsops);

功能：
  主要用于操作指定的信号量集；

参数：
  第一个参数：信号量集的ID，semget()的返回值；
  第二个参数：结构体指针，可以指向结构体变量，也可以指向结构体数组；

struct sembuf{    unsigned short sem_num;  /* 信号量集的下标 */    short          sem_op;   /* 信号量的操作：正数表示增加、负数表示减少、0表示不变 */    short          sem_flg;  /* 操作标志，默认给0 */}

   第三个参数：结构体变量的个数；
     当第二个参数指向结构体变量时，该参数的数值为1
     当第二个参数指向结构体数组时，该参数为数组元素的个数

1.4 常用的基本命令

  $ ipcs -s - - - - - - 表示查看系统中已经存在的信号量集
  $ ipcrm -s - - - - - 信号量集的ID表示删除指定的信号量集
  $ ipcs -a - - - - - - 表示查看系统中已经存在的所有IPC结构

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二、网络的基本常识

如：
  目前主流的网络通讯软件：QQ 微信 飞信 阿里旺旺 …

2.1 七层网络协议模型和常用的网络协议

（1）七层网络协议模型

  为了数据完整、安全地在网络中传递，ISO将数据的传递从逻辑上划分为以下七层：
   应用层 - - - - - - - - - 主要用于将数据提交给应用程序，如：QQ等；
   表示层 - - - - - - - - - 主要用于按照统一的格式进行数据的封装等；
   会话层 - - - - - - - - - 主要用于控制对话的建立、关闭等操作；
   传输层 - - - - - - - - - 主要用于进行数据的检查和重新排序等；
   网络层 - - - - - - - - - 主要用于选择具体网络协议再次封装和发送等；
   数据链路层 - - - - – 主要用于将数据转换为高低电平信号等；
   物理层 - - - - - - - - - 主要指交换机等网络设备；

  扩展：
   IOS，即国际标准化组织（International Organization for Standardization）

（2）常用的网络协议

  a. TCP协议 （Transmission Control Protocol ）
    传输控制协议，是一种面向连接的协议，类似打电话；

  b. UDP协议（User Datagram Protocol ）
    用户数据报协议，是一种非面向连接的协议，类似写信；

  c. IP协议（Internet protocol ）
    互联网协议，是上述两种协议的底层协议；

2.2 IP地址和子网掩码（重点）

（1）IP地址

• IP地址 - 是互联网中的唯一地址标识，其本质上就是一个由32位二进制组成的整数（IPv4），也有128位二进制组成的整数（IPv6）；
• 日常生活中采用点分十进制表示法来描述IP地址，也就是将每一个字节的二进制转换为一个十进制的整数，不同的整数之间采用小数点分隔；

  为了便于IP地址的管理，将IP地址分为网络地址和主机地址两部分，根据IP地址中网络地址和主机地址的位数不同分为五类：

 查看系统的IP地址的方式
   windows系统：在dos窗口中使用命令ipconfig可以查看；
   Linux系统：在终端中使用$ ifconfig或者$ /sbin/ifconfig

（2）子网掩码

  主要用于划分IP地址中的网络地址和主机地址，以及判断两个IP地址是否在同一个子网中，具体的划分方法为：IP地址 & 子网掩码 = 网络地址 + 主机地址；

如：
   IP地址：172.30.3.105  => 网络地址：172.30.3.0
  子网掩码：255.255.255.0    主机地址：0.0.0.105

练习：
  判断以下两个IP地址是否在同一个局域网中？？？
   166.111.161.1与166.111.160.45
  子网掩码都是：255.255.254.0

2.3 端口号和字节序（重点）

（1）端口号

  网络编程中需要提供：IP地址 + 端口号；
    IP地址 - - - - - - - 定位到具体的某一台主机/设备；
    端口号 - - - - - - - 定位到主机上的具体某个进程；
  端口号本质上就是unsigned short类型，范围是0~65535，其中0~1024之间的端口号被系统占用，因此编程从1025开始使用；

（2）字节序

  小端系统：主要指将低位数据存放在低位内存地址的系统；
  大端系统：主要指将低位数据存放在高位内存地址的系统；

  如：
    对于数据0x12345678来说，不同的系统的存放形式如下：
  小端系统按照地址从小到大：0x78 0x56 0x34 0x12
  大端系统按照地址从小到大：0x12 0x34 0x56 0x78

一般性原则：
  一般来说，对于所有发送到网络中的多字节整数来说，先转换为网络字节序再发送，而对于所有从网络中接收过来的多字节整数来说，需要先转换为主机字节序再解析，而网络字节序本质上就是大端系统的字节序；

三、基于socket的一对一通信模型

3.1 基本概念

  socket本意为“插座”，这里指“逻辑通信载体”；

3.2 通信模型

主机A：
 （1）创建socket，使用socket()；
 （2）准备通信地址，使用结构体类型；
 （3）绑定socket和通信地址，使用bind()；
 （4）进行通信，使用read() / write()；
 （5）关闭socket，使用close()；

主机B：
  （1）创建socket，使用socket()；
 （2）准备通信地址，使用主机A的地址；
 （3）连接socket和通信地址，使用connect()；
 （4）进行通信，使用read() / write()；
 （5）关闭socket，使用close()；

练习：
  查询通信模型中的相关函数；

明日预报：
 （1）网络编程